(57)【要約】【課題】  極めて安価で耐火性、不燃性、軽量性に加えて断熱性や遮音性にも優れ、而も廃棄も可能な無機質発泡板材を提供する。【解決手段】  酸化珪素をアルカリで溶解し一旦珪酸ナトリウム水溶液となし、且ホウ酸若しくはリン酸からなる付加剤を添加し粘弾性珪酸ナトリウム水溶液となした原料素材に、アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属からなる固化剤を混合のうえ所要成形型枠に注入し、且１００℃以上の温度で加熱して水分の蒸散放出に伴う連続気泡を生成させ、以ってその密度が０．１乃至０．８ｇ／ｃｍ３に成形された無機質発泡板材。【選択図】  図３
2006083048.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化珪素を主成分とする火山ガラスやシラス若しくは無機質産業廃棄物を炭酸ナトリウム若しくは水酸化ナトリウムで溶解し一旦珪酸ナトリウム水溶液となしたるうえ、ホウ酸若しくはリン酸からなる付加剤を添加し、主鎖若しくは側鎖に付加せしめ粘弾性と且その水分率が２０乃至５５％の粘弾性珪酸ナトリウム水溶液を原料素材として用い、該原料素材にアルカリ金属若しくはアルカリ土類金属からなる固化剤を混合のうえ、所要の成形型枠内に注入させ且その全面より少なくとも１００℃以上の温度で加熱し、水分の蒸散放出に伴う連続気泡を生成せしめ、以ってその密度が０．１乃至０．８ｇ／ｃｍ３の発泡度合で発泡成形されたことを特徴とする無機質発泡板材。
【請求項２】
成形型枠内に注入され且加熱により連続気泡を生成せしむる際に、その表面及び裏面に平滑な板材を加圧密着させることにより表面及び裏面からの水分蒸散放出を阻止し、以って表面及び裏面に粘弾性珪酸ナトリウム水溶液が固化された不透層が形成されてなる請求項１記載の無機質発泡板材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は極めて安価で且強靭な無機質発泡板材に係り、更に詳しくは耐火性、軽量性、断熱性、耐圧強力、耐久性、及び透水性に優れた無機発泡板材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来、建築建物においては建物空間と外気との断熱を図るうえから、ポリウレタン樹脂やポリスチロール樹脂素材よりなる発泡板材が用いられていたものであるが、近年における不燃化への対処としてガラスウールを所要の厚さ並びに幅及び長さに絡合させ、且取扱性を容易となすため表裏面をアルミ箔で挟着させてなるガラスマットが積極的に採用されており、更に今日に至ってはより強靭で耐火性や断熱性及び取扱性に優れるセラミックス多孔性焼成板材の採用も試みられている。【０００３】  しかしながらガラスマットは極めて嵩高なうえ脆弱であるため施工性が悪く、而も取扱中にガラスウール片が飛散し作業員が皮膚炎症を被る問題を内在しており、更にセラミックス多孔性焼成板材は耐久性や取扱性に優れるものの、所要の厚さ並びに幅及び長さに成形のうえ高温度で焼成させるものであるから、加温焼成並びに冷却に長時間を要し生産性が悪いこと等により極めて高価となり、その普及が阻害されている実情にある。
【特許文献１】    特開平６−１６４８２号公報
【特許文献２】    特開平６−１４４９４３号公報
【０００４】  更に現在においては飲料自販器を初め店舗内の生鮮食材展示用フリーザー或いは冷蔵庫等熱管理を要する機器類が膨大数に亘って普及されるに至っているが、これら機器類にはその保温若しくは保冷のための熱エネルギーの外部逸散を防止するため、外装板の内側には断熱材としてポリウレタン樹脂やポリスチロール樹脂からなる発泡板材若しくは発泡シート材が挟入されている。【０００５】  然るにこれら断熱材においても加温され若しくは加冷された状態での使用のため使用経過とともに老化や劣化が著しく促進されて保温や保冷効果が低下し、且廃棄に際しても煤煙や有害ガスの発生により焼却がなしえず新たな廃棄対策が強いられること等により、安価で耐久性や断熱性はもとより廃棄性にも優れる断熱板材が各方面より要請されている。【０００６】  他方、今日においては産業廃棄物の廃棄規制により産業活動に伴い排出される膨大量の産業廃棄物の有効利用が不可避とされるに至り、既に有機質の産業廃棄物では土壌菌類の発酵分解作用を活用してコンポスト化や有機肥料化が積極的に図られつつある。【０００７】  然るに無機質とりわけ火力発電所より排出される石炭灰を初め、鋳造廃砂、土木工事に伴う掘削土砂やシルト、或いは水処理の結果排出される汚泥の減容化や減量化のための焼成スラッジ等は膨大量に昇るものの、依然として有効活用の手段は未解決のままである。【０００８】  発明者等はかかる状況に鑑み鋭意研究を重ねた結果、天然に排出する火山ガラスやシラス及び無機質からなる産業廃棄物には、その主要成分として酸化珪素が少なくとも５０乃至６０％重量割合以上含まれていることを初め、該酸化珪素はアルカリにより溶解され珪酸ナトリウム水溶液になしえるとともに、該珪酸ナトリウム水溶液にホウ酸若しくはリン酸を添加させて、該珪酸ナトリウムの主鎖若しくは側鎖への付加が増長され、而もアルカリ金属若しくはアルカリ土類金属の添加により固化が促進され、更に加熱による水分蒸散を図ることにより強靭な連続気泡が生成されて無機質発泡板材が形成しえることを究明し本発明に至った。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】  本発明は極めて安価で且耐火性、軽量性、断熱性、耐圧強力、耐久性、透水性及び廃棄性に優れた無機発泡板材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  かかる課題を解決するためには使用素材として極めて安価で且耐火性や耐久性及び廃棄性を満足し、而も簡便な注入成形により成形加工を実現するうえから溶液状の原料素材となす必要上から酸化珪素が選ばれるものであって、これがためには該酸化珪素が少なくとも５０乃至６０％重量割合以上で含有される素材として火山ガラスやシラス或いは産業廃棄物としての石炭灰、鋳造廃砂、掘削土砂やシルト、焼成スラッジ等が使用される。【００１１】  そしてこれら素材を溶液状の原料素材となすうえから炭酸ナトリウム若しくは水酸化ナトリウムにより溶解し、一旦注入成形の可能な珪酸ナトリウム水溶液となしたうえ、更に発泡成形に際して強靭な連続気泡を生成させるための粘弾性を付与せしむるうえからホウ酸若しくはリン酸を添加して主鎖若しくは側鎖に付加させて粘弾性珪酸ナトリウム水溶液となしたものを原料素材として用いる。【００１２】  而してかかる粘弾性珪酸ナトリウム水溶液にアルカリ金属若しくはアルカリ土類金属からなる固化剤を混合して所要の厚さ並びに幅及び長さの板材成形枠内に注入したうえ、少なくとも１００℃以上の加熱により含有水分を蒸散放出せしめることにより連続気泡構造で且密度が０．１乃至０．８ｇ／ｃｍ３に発泡形成させてなる無機質発泡板材に存するものであり、更にはより高い断熱性と強靭性を保持させるうえから、該無機質発泡板材の表面及び裏面からの水分蒸散を阻止させて不透層を形成させた構成からなる無機質発泡板材に存するものである。
【発明の効果】
【００１３】  本発明は上述のように使用素材として酸化珪素を用いるものであるから、天然排出される火山ガラスやシラスはもとより産業活動の廃棄物として膨大量排出される石炭灰を初め鋳造廃砂、土木工事に伴う掘削土砂やシルト或いは焼成スラッジ等の有効利用がなしえるばかりか、この酸化珪素を炭酸ナトリウムや水酸化ナトリウムで溶解せしめて一旦珪酸ナトリウム水溶液となしたうえ、ホウ酸やリン酸により主鎖や側鎖への付加による粘弾性珪酸ナトリウム水溶液を使用原料とするため、流動性に優れ且多様な形状の形枠内にも容易に注入し成形できるばかりか、その固化にはアルカリ金属若しくはアルカリ土類金属を固化剤として混合させるのみで固化成形がなされるため、作業性が簡便で且生産性も著しく高められる。【００１４】  そして本発明では固化剤を混合させ固化成形の進行に合せて少なくとも１００℃以上の加熱を施すことにより、粘弾性珪酸アルカリ水溶液中の水分が強制蒸散されこの蒸散に伴い連続気泡構造を生成しつつ固化成形がなされるとともに、使用原料に粘弾性が付与されてなるから生成される連続気泡構造が強固に生成されて強靭性に優れた無機質発泡板材が形成され、而もその密度が０．１乃至０．８ｇ／ｃｍ３に発泡成形されるため、コスト的に極めて安価に提供され且軽量で断熱性にも著しく優れた不燃性の無機質発泡板材が提供できる。【００１５】  更に本発明においては固化成形に際して粘弾性珪酸アルカリ水溶液中の水分を、形成される無機質発泡板材の表面及び裏面からの蒸散放出を阻止させることにより、該無機質発泡板材の表面及び裏面に不透層を成形させることにより、無機質発泡板材が著しく強靭で且剛性を保持するばかりか透水性が防止され、而も断熱性が一段と向上した無機質発泡板材が提供されることとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】  酸化珪素を主成分とする天然排出物や無機質産業廃棄物を炭酸ナトリウムや水酸化ナトリウムで一旦溶解し珪酸ナトリウム水溶液となしたるうえ、ホウ酸やリン酸を添加して珪酸ナトリウムに主鎖若しくは側鎖を付加せしめて粘弾性珪酸ナトリウム水溶液となし、而して該粘弾性珪酸ナトリウム水溶液にアルカリ金属若しくはアルカリ土類金属からなる固化剤を混合させ成形枠型に注入し固化させつつ、加熱を施して水分を蒸散放出せしめながらその密度が０．１乃至０．８ｇ／ｃｍ３となるよう連続気泡構造に発泡させてなる無機質発泡板材。
【実施例１】
【００１７】  以下に本発明実施例を図とともに詳細に説明すれば、図１は本発明の形成に際して前駆的使用素材となる珪酸ナトリウム水溶液１の形成フロー図であって、本発明は一方において膨大量に排出される無機質産業廃棄物の有効利用を図ることにあり、且他方においては需要量が極めて大きく且耐久性と耐火性及び不燃性並びに断熱性が要請される建築用断熱材や遮音材を初め、保温保冷用機器類の断熱板材等としての特性を具備し、更には使用後の廃棄性をも具有する無機質発泡板材を提供することであり、更には極めて安価に提供するうえからは多様な発泡板材への成形に際しての優れた成形加工性並びに簡便な作業性をも満足させるうえで水溶液状の原料素材が極めて有利となる。【００１８】  これがため発明者等は、酸化珪素１Ａが炭酸ナトリウムや水酸化ナトリウム１Ｂにより溶解されて水溶液状の水ガラス所謂珪酸ナトリウム水溶液１となしうることに着目するとともに、該酸化珪素１Ａは天然排出される火山ガラスやシラスはもとより前記産業廃棄物として排出される無機質廃棄物中には少なくとも５０乃至６０％重量割合以上、多いものでは略７０乃至８５％にも昇るため、使用素材としてはこれら酸化珪素１Ａを多量に含有する火山ガラスやシラス或いは石炭灰や鋳造廃砂、土木工事による掘削土砂やシルト或いは焼成スラッジ等が用いられる。【００１９】  かくして選択された使用素材は、一旦水溶液状となすうえから炭酸ナトリウム若しくは水酸化ナトリウム１Ｂにより溶解させて珪酸ナトリウム水溶液１となす。
かかる場合において肝要なことは珪酸ナトリウム水溶液１の水分率であって、該水分を発泡板材として成形する場合に蒸散放出せしめて連続気泡構造３Ａを生成せしめて、その密度が実質的に０．１乃至０．８ｇ／ｃｍ３の範囲の発泡体に形成させることであって、具体的水分率は発泡形成の度合並びに固化成形時の加熱条件により決定されるが、本発明による発泡度合や加熱条件においては略２０乃至５５％重量割合が一応の目安となる。【００２０】  而してかかる珪酸ナトリウム水溶液１の状態では珪酸ナトリウム相互の粘弾性も無く、発泡形成に際して強固且良好な連続気泡構造３Ａを形成しえない。そこで珪酸ナトリウムの主鎖や側鎖に付加させて網状分子態による粘弾性を付与させることが望まれるため、ホウ酸若しくはリン酸からなる付加剤２Ａが添加される。
この付加剤２Ａは多量に添加する必要はなく、十分に粘弾性が付与される程度に添加混合されれば良く、概ね固形分に対して略３乃至１５％重量割合で混合されて粘弾性珪酸ナトリウム水溶液２が形成される。【００２１】  図２は本発明無機質発泡板材３の注入成形の説明図であって、該注入成形による場合には所要の厚さ並びに幅及び長さの成形枠体３０内に、粘弾性珪酸ナトリウム水溶液２が所要量注入され成形がなされるものであるが、本発明においては簡便な成形加工に加えて短時に固化成形と且連続気泡構造３Ａを生成させて生産性を高めるうえから、注入される粘弾性珪酸ナトリウム水溶液２にアルカリ金属若しくはアルカリ土類金属からなる固化剤２Ｂが混合され注入がなされる。【００２２】  かかる場合の固化剤２Ｂのアルカリ金属として具体的なものはリチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム等が挙げられ、且アルカリ土類金属としてはベリリウム、マグネシウム、カルシウム等が扱い性のうえから挙げられる。
そして該アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属からなる固化剤２Ｂは、その混合割合が増加する程、注入された粘弾性珪酸ナトリウム水溶液２の固化が促進されるものの、他方において該固化剤２Ｂの混合に伴う固化成形に合せて粘弾性珪酸ナトリウム水溶液２の水分を加熱蒸散放出させながら、その実質的密度が０．１乃至０．８ｇ／ｃｍ３の範囲の発泡度合となるよう連続気泡構造３Ａを生成せしむるものであるから、急速な固化成形は避けるべきであって望ましくはその厚さが２５ｍｍ程度のものでは略３０乃至４０分以上の固化成形時間が好都合である。【００２３】  当然に該固化剤２Ｂの混合割合も具体的アルカリ金属の種類や粒径及び分散性の良し悪しによって異なるが、本発明の無機発泡板材３の成形に際しては粘弾性珪酸ナトリウム水溶液２の固形分に対して略７乃至２５％重量割合で固化並びに連続気泡構造３Ａの生成をなすことが好適である。
無論、粘弾性珪酸ナトリウム水溶液２に固化剤２Ｂが所要量混合されたうえ、成形型枠３０内に注入されたうえは、該成形型枠３０内の粘弾性珪酸ナトリウム水溶液２をその全面より少なくとも１００℃以上望ましくは１２０乃至１４０℃程度に加熱３１し、水分を積極的に外部に蒸散放出させて連続気泡構造３Ａの生成が図られる。【００２４】  図３は本発明無機質発泡板材３の拡大断面説明図であって、水分の蒸散放出に伴い生成される連続気泡構造３Ａの生成密度は原料素材たる粘弾性珪酸ナトリウム水溶液２の水分量の多少により、更には連続気泡構造３Ａの気孔３Ｂは加熱温度が高温となる程蒸散放出が激しくなされ、これにより気孔３Ｂも大きな孔径を以って形成される傾向となる。
因みに粘弾性珪酸ナトリウム水溶液２の水分率が４１％のものを用いて、厚さ３０ｍｍ、密度が０．２ｇ／ｃｍ３の無機質発泡板材３を加熱温度１２０℃で加熱３１し、水分の蒸散放出させて形成された連続気泡構造３Ａの気孔３Ｂの孔径は略３０乃至５０μｍ程度で形成されている。【００２５】  図４は表面及び裏面に不透層３Ｃが形成されてなる本発明無機質発泡板体３の拡大断面説明図であって、本発明においては酸化珪素を主成分とした粘弾性珪酸ナトリウム水溶液２を、アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属からなる固化剤２Ｂを混合し固化させるものであって、無機質素材は有機質素材特には合成樹脂素材に比べて著しく粘性や弾性に劣るものであるから、保温保冷機器等の断熱材の如く比較的薄い板材若しくはシート状物となした場合には著しく脆弱となり、而も連続気泡構造３Ａのままでは十分な断熱効果も発揮できない結果となる。【００２６】  かかる問題への対処としては粘弾性珪酸ナトリウム水溶液２に固化剤２Ｂを混合のうえ所要の成形型枠３０内に注入し、且加熱により水分の蒸散放出をなし成形固化がなされる無機質発泡板体３の上面及び下面に平滑な金属板体等を加圧密着させて成形固化される無機質発泡板体３の表面及び裏面からの水分蒸散放出を阻止させることにより、粘弾性珪酸ナトリウム水溶液２自体の成形固化に伴う不透層３Ｂ、３Ｂが形成されて強靭性が著しく向上し且剛性も付与され、而も表裏面に亘る透気透水が阻止され極めて高い断熱性を発揮しえる無機質発泡板材３が形成されることとなる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】  本発明は耐火性や不燃性並びに断熱性等により建築建物の内断熱及び外断熱板材としての利用を初め、床暖房用断熱板材或いは遮音板材としての利用の他に、連続気泡構造による透水性や透気性により濾材やフィルター材としても利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】  珪酸ナトリウム水溶液の形成フロー図である。
【図２】  本発明の注入成形の説明図である。
【図３】  本発明の拡大断面説明図である。
【図４】  不透層が形成された本発明の拡大断面説明図である。
【符号の説明】
【００２９】    １    珪酸ナトリウム水溶液
１Ａ  酸化珪素
１Ｂ  炭酸ナトリウム若しくは水酸化ナトリウム
２    粘弾性珪酸ナトリウム水溶液
２Ａ  付加剤
２Ｂ  固化剤
３    本発明無機質発泡板材
３Ａ  連続気泡構造
３Ｂ  気孔
３０    成形型枠
３１    加熱
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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